Grüße chemweazle,
Chemie Zustandsänderung erkennen und analysieren
Aufgabe:
1.1 Eine chemische Reaktion wird in einem großen Raum in einem offenen Reagenzglas durchgeführt - welche Art von Zustandsänderung ist das (annähernd)?
isobar, d.h. bei konstantem Druck, das Volumen der Reaktionsmischung kann sich ändern und das Gemisch dehnt sich aus oder kontrahiert(zieht sich zusammen vom Volumen her)
Die Volumenexpansion tritt z.B. ein bei Wärmefreisetzung einer exothermen Reaktion oder / und bei der Teilchenzahl-Zunahme, wenn sich die Stoffmengen bei der Reaktion erhöhen.
Die Volumenkontraktion tritt bei endothermen Reaktionen auf und bei Abnahme der Teilchenzahl, z. B. bei Additionsreaktionen.
Volumenausdehnungen, Kontraktionen und Expansionen sind bei Gasen erheblich, bei Flüssigkeiten spielen sie kaum eine beachtenswerte Rolle.
1.2 Wie können Sie sicherstellen, dass eine Zustandsänderung isotherm abläuft?
Bei exothermen Reaktionen Wärmeabführung durch Kühlung mittels Kältebad, z.B. Eis-Wasser-Bad, &theta = 0°C oder z.B. mittels Trockeneis-Ethanol-Bad, θ &saymp;- 78°C
Bei endothermen Reaktionen durch Wärmezufuhr mittels Heizbad, z.B. mittels temperierten Wasserbad, Wärmebad, z.B. das Ölbad, Öl : Silikonöl, Paraffin etc.
1.3 Fallen Ihnen zu den verbleibenden beiden Arten Beispiele ein?
isochor, bei konstantem Volumen in einem druckfesten, explosionssicheren Reaktionsgefäß, z.B.: Autoklav, z.B. Hydrierungs-Autoklav oder Umsetzungen im sog. Bombenrohr
Was ist ein sog. "Bombenrohr"?
Es ist eine Glas- oder meist Quarzglas-Ampulle. Diese wird zunächst mit den Ausgangsstoffen befüllt.
Bei flüssigen Edukten wird diese Ampulle gekühlt mit flüssigem Stickstoff, Temperatur, θ ≈ - 196°C, dabei frieren die Flüssigkeiten fest.
Danach wird das offene Ende des Bombenrohrs mittels Knallgas-Brenner(Propan-Sauerstoff, Wasserstoff-Sauerstoff) zugeschmolzen.
Das Bombenrohr kann danach z.B. in einem Wärmebad explosionssicher erhitzt werden, so behaupten es die Bombenrohr-Fans, ich bin dagegen anderer Meinung.
Zur Auswahl: Isotherm, Isobar, Isochor, Adiabatisch / Isentrop
Zu den Adiabatischen Zustands-Änderungen
Adiabatos, griechisch undurchdringlich, gemeint ist undurchdringlich für die Wärme, q
Vorgänge bei denen kein Wärmetausch mit der Umgebung möglich ist
Vorgänge, die in einer hinreichend guten Thermos-Kanne ablaufen, davon wüßte ich aus der Chemie keine Beispiele.
Mir fällt nur der Physikalische Vorgang der Adiabatischen Kompression bzw. der Adiabatischen Expansion von Gasen ein.
Hierbei kühlt sich ein Gas beim Expandieren ab, indem man Volumarbeit dem Gas auf Kosten seiner Wärmeenergie entzieht.
Durch die perfekte Wärme-Isolierung kann dem nun abgekühlten Gas von außen z.B. aus der Raumluft nicht die entzogene Wärme zugeführt werden.
Das Gas kühlt sich somit ab bei der Adiabatischen Expansion. Oder im umgekehrten Fall wird ein Gas in einem Kolbenprober komprimiert. Dabei wird dem Gas Volumarbeit zugeführt, diese verwandelt sich nun in Wärme. Das Gas erwärmt sich.
Beispiel: Man verschließt das offene Ende einer Fahrrad-Luftpumpe und anschließend komprimiert man das Gas. Das Gas erwärmt sich, diese Erwärmung kann man am Gehäuse der Luftpumpe spüren.
Allerdings fließt diese Wärme mit der Zeit an die Umgebungs-Luft, Raumluft, ab.
Es gibt keine absolute Wärmeisolierung, die durch die Adiabatischen Kompressionen und Expansionen verursachten Temperaturänderungen an Gasen sind nur für sehr kurze Zeiträume meßbar, Zehntel bis Ganze Sekunden.
